JPWO2010074038A1 - 発光素子モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
硬化性非晶質含フッ素重合体を用いた保護膜として、発光素子に対する接着性に優れ、かつ耐熱性およびガス透過性に優れた保護膜を有し、高温での連続使用においても安定な発光素子モジュール、およびその製造方法を提供することを目的とする。発光素子13および発光素子13に通電するための電気配線(電極12a、12b、ボンディングワイヤ14)を備え、発光素子13および前記電気配線が保護膜20で被覆された発光素子モジュールであって、保護膜20が発光素子13に接する中間層21と、該中間層21上に形成される被覆層22とを有し、中間層21が非晶質芳香族樹脂(A)を含み、被覆層22が非晶質含フッ素樹脂(B)を含むことを特徴とする発光素子モジュール1。
Description
本発明は、発光素子モジュールおよびその製造方法に関する。
近年、次世代の省エネルギー高効率照明光源として白色LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)等の発光素子の開発が進められている。これらの発光素子は、素子および配線部分を保護するめにシリコーン樹脂等の透光性封止樹脂により封止される。しかし、シリコーンはガス透過性が高く、水蒸気がLED素子や蛍光体の劣化の原因となっている。また、電極材料としては光反射率の高いAgが用いられているが、空気中に浮遊している硫黄化合物がシリコーン封止部を透過してAg電極を黒化することで、反射率が低下して光の取り出し効率が低下するという問題がある。
そこで、LEDの長寿命化が期待される透光性封止材料として、光や熱に対する劣化がシリコーンと比較して非常に少なく、かつ水蒸気や硫黄化合物の透過性が低い非晶質含フッ素重合体が検討されている(特許文献1および2)。特許文献1では、非晶質含フッ素重合体と含フッ素溶剤とからなるコーティング液により形成した被膜によるLEDの透光封止が提案されている。特許文献2では、硬化性の非晶質含フッ素重合体を含む硬化性組成物を利用したLEDの透光封止が示されている。
しかし、特許文献1の方法は、LEDの封止に必要な厚さを得ることが困難であった。また、特許文献1、2のような非晶質含フッ素重合体は、一般的に発光素子モジュール部材との接着性が特に優れた材料ではないため、場合によっては発光素子モジュール部材から剥離してしまうおそれがある。そこで、金属やセラミクス等の無機材料やプラスチックとの接着性の改良に一般的に用いられる各種のシランカップリング剤を利用して、非晶質含フッ素重合体と発光素子モジュール部材との接着性を向上させることを検討した。しかし、この方法では、シランカップリング剤を用いることで初期の接着性は向上するものの、耐熱性が充分に得られず、高温に曝されるLEDの封止材料としては長期的な信頼性に劣っていた。
また、特許文献2の硬化性非晶質含フッ素重合体を用いた封止では、温度サイクル試験を行うと発光素子モジュールのボンディングワイヤが電極から剥離することがあった。
また、特許文献2の硬化性非晶質含フッ素重合体を用いた封止では、温度サイクル試験を行うと発光素子モジュールのボンディングワイヤが電極から剥離することがあった。
そこで本発明では、硬化性非晶質含フッ素重合体を用いた保護膜として、発光素子や該発光素子に通電する電気配線に対する初期接着性、および耐熱性に優れ、高温での連続使用においても安定な保護膜を有し、前記発光素子や電気配線の劣化を低減できる発光素子モジュール、およびその製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
[1]発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールであって、前記保護膜が前記発光素子に接する中間層と、該中間層上に形成される被覆層とを有し、前記中間層が主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を含み、前記被覆層が芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させた非晶質含フッ素樹脂(B)を含むことを特徴とする発光素子モジュール。
[2]前記非晶質芳香族樹脂(A)が芳香族系含フッ素樹脂である、[1]に記載の発光素子モジュール。
[3]前記非晶質芳香族樹脂(A)がポリエーテルスルホン樹脂である、[1]に記載の発光素子モジュール。
[4]前記非晶質芳香族樹脂(A)のガラス転移温度が150℃以上である、[1]〜[3]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[5]前記非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が20〜100ppm/℃である、[1]〜[4]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[6]前記非晶質含フッ素樹脂(B)のガラス転移温度が−50〜100℃である、[1]〜[5]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[7]前記非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数が100〜200ppm/℃である、[1]〜[6]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[8]前記中間層中の前記非晶質芳香族樹脂(A)の含有量は70質量%超である、[1]〜[7]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[9]発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールの製造方法であって、架橋性官能基(x)を有するプレポリマー(a)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布した後、前記プレポリマー(a)を硬化させ、主鎖に芳香環を有する芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する被覆層形成工程と、
を有する発光素子モジュールの製造方法。
[10]発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールの製造方法であって、主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布して中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する被覆層形成工程と、
を有する発光素子モジュールの製造方法。
[11]前記硬化性非晶質含フッ素重合体(b)が、重合性二重結合を有する重合性化合物(b1)を含む、[9]または[10]に記載の発光素子モジュールの製造方法。
[1]発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールであって、前記保護膜が前記発光素子に接する中間層と、該中間層上に形成される被覆層とを有し、前記中間層が主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を含み、前記被覆層が芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させた非晶質含フッ素樹脂(B)を含むことを特徴とする発光素子モジュール。
[2]前記非晶質芳香族樹脂(A)が芳香族系含フッ素樹脂である、[1]に記載の発光素子モジュール。
[3]前記非晶質芳香族樹脂(A)がポリエーテルスルホン樹脂である、[1]に記載の発光素子モジュール。
[4]前記非晶質芳香族樹脂(A)のガラス転移温度が150℃以上である、[1]〜[3]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[5]前記非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が20〜100ppm/℃である、[1]〜[4]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[6]前記非晶質含フッ素樹脂(B)のガラス転移温度が−50〜100℃である、[1]〜[5]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[7]前記非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数が100〜200ppm/℃である、[1]〜[6]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[8]前記中間層中の前記非晶質芳香族樹脂(A)の含有量は70質量%超である、[1]〜[7]のいずれかに記載の発光素子モジュール。
[9]発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールの製造方法であって、架橋性官能基(x)を有するプレポリマー(a)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布した後、前記プレポリマー(a)を硬化させ、主鎖に芳香環を有する芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する被覆層形成工程と、
を有する発光素子モジュールの製造方法。
[10]発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールの製造方法であって、主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布して中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する被覆層形成工程と、
を有する発光素子モジュールの製造方法。
[11]前記硬化性非晶質含フッ素重合体(b)が、重合性二重結合を有する重合性化合物(b1)を含む、[9]または[10]に記載の発光素子モジュールの製造方法。
本発明の発光素子モジュールは、硬化性非晶質含フッ素重合体を用いた保護膜として、発光素子や該発光素子に通電する電気配線に対する初期接着性、および耐熱性に優れ、高温での連続使用においても安定な保護膜を有している。そのため、高温での連続使用であっても該保護膜により前記発光素子や電気配線の劣化を低減することができる。
また、本発明の製造方法によれば、硬化性非晶質含フッ素重合体を用いた保護膜として、発光素子や該発光素子に通電する電気配線に対する初期接着性、および耐熱性に優れ、高温での連続使用においても安定な保護膜を有し、前記発光素子や電気配線の劣化を低減できる発光素子モジュールが得られる。
また、本発明の製造方法によれば、硬化性非晶質含フッ素重合体を用いた保護膜として、発光素子や該発光素子に通電する電気配線に対する初期接着性、および耐熱性に優れ、高温での連続使用においても安定な保護膜を有し、前記発光素子や電気配線の劣化を低減できる発光素子モジュールが得られる。
<発光素子モジュール>
本発明の発光素子モジュールは、発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールである。本発明では、前記保護膜が、前記発光素子に接する中間層と、該中間層上に形成される被覆層とを有し、前記中間層が非晶質芳香族樹脂(A)を含み、前記被覆層が非晶質含フッ素樹脂(B)を含むことを特徴とする。以下、本発明の光学素子モジュールの実施形態の一例を示す。
本発明の発光素子モジュールは、発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールである。本発明では、前記保護膜が、前記発光素子に接する中間層と、該中間層上に形成される被覆層とを有し、前記中間層が非晶質芳香族樹脂(A)を含み、前記被覆層が非晶質含フッ素樹脂(B)を含むことを特徴とする。以下、本発明の光学素子モジュールの実施形態の一例を示す。
本発明の発光素子モジュールは、図1に示すように、モジュール部材10と保護膜20とで構成されている。
[モジュール部材]
モジュール部材10は、基板11と、基板11上に設けられた電極12a、12bと、電極12a、12b上に設けられた光学素子13と、電極12a、12bと光学素子13とを接続するボンディングワイヤ14と、光学素子13から出た光を反射するリフレクタ15とからなる。モジュール部材10では、基板11および該基板11の端部に設けられたリフレクタ15により凹部16が形成されている。また、凹部16には、基板11上に電極12a、12bにより所望の回路が形成されており、電極12a上に発光素子13が設置されている。発光素子13は、ボンディングワイヤ14により電極12a、12bと接続、導通されており、電極12a、12bが外部電源(図示せず)と接続されていることにより、発光素子13に通電できるようになっている。すなわち、本実施形態では、電極12a、12bおよびボンディングワイヤ14により、発光素子13に通電するための電気配線が構成されている。
[モジュール部材]
モジュール部材10は、基板11と、基板11上に設けられた電極12a、12bと、電極12a、12b上に設けられた光学素子13と、電極12a、12bと光学素子13とを接続するボンディングワイヤ14と、光学素子13から出た光を反射するリフレクタ15とからなる。モジュール部材10では、基板11および該基板11の端部に設けられたリフレクタ15により凹部16が形成されている。また、凹部16には、基板11上に電極12a、12bにより所望の回路が形成されており、電極12a上に発光素子13が設置されている。発光素子13は、ボンディングワイヤ14により電極12a、12bと接続、導通されており、電極12a、12bが外部電源(図示せず)と接続されていることにより、発光素子13に通電できるようになっている。すなわち、本実施形態では、電極12a、12bおよびボンディングワイヤ14により、発光素子13に通電するための電気配線が構成されている。
基板11は、光学素子モジュールに通常用いられる基板を用いることができ、例えば、樹脂製やセラミック製の基板、または電極12a、12bとの間に絶縁層を設けた金属基板等を用いることができる。基板11の形状、厚さは特に限定されず、用途に応じて適宜選択することができる。
電極12a、12bとしては、光学素子モジュールに通常用いられる電極を用いることができ、例えば、Ag電極、Au電極、Al電極が挙げられる。
光学素子13としては、公知の発光素子を用いることができ、例えば、青色LED、紫外LED、レーザーダイオード(LD)等が挙げられる。
リフレクタ15は、光学素子13から出た波長400〜700nmの可視光を高効率で反射するものであればよく、樹脂製、セラミック製のものが挙げられる。
電極12a、12bとしては、光学素子モジュールに通常用いられる電極を用いることができ、例えば、Ag電極、Au電極、Al電極が挙げられる。
光学素子13としては、公知の発光素子を用いることができ、例えば、青色LED、紫外LED、レーザーダイオード(LD)等が挙げられる。
リフレクタ15は、光学素子13から出た波長400〜700nmの可視光を高効率で反射するものであればよく、樹脂製、セラミック製のものが挙げられる。
[保護膜]
発光素子モジュールでは、凹部16において、電極12a、12b、発光素子13が、中間層21と被覆層22からなる透光性の保護膜20で被覆されている。また、ボンディングワイヤ14は保護膜20に埋没している。
保護膜20は、発光素子13および電極12a、12b上に形成される中間層21と、中間層21上に形成される被覆層22とからなる。保護膜20は、光学素子13、電極12a、12bを保護する役割を果たす。なお、ボンディングワイヤは、その電極との接続部の少なくとも一部が中間層によって覆われていればよいものであり、ボンデイングワイヤの全体が中間層に覆われる必要は必ずしもない。
発光素子モジュールでは、凹部16において、電極12a、12b、発光素子13が、中間層21と被覆層22からなる透光性の保護膜20で被覆されている。また、ボンディングワイヤ14は保護膜20に埋没している。
保護膜20は、発光素子13および電極12a、12b上に形成される中間層21と、中間層21上に形成される被覆層22とからなる。保護膜20は、光学素子13、電極12a、12bを保護する役割を果たす。なお、ボンディングワイヤは、その電極との接続部の少なくとも一部が中間層によって覆われていればよいものであり、ボンデイングワイヤの全体が中間層に覆われる必要は必ずしもない。
(中間層)
中間層21は、発光素子13や電極12a、12bと保護膜20との初期の接着性、および保護膜20の耐熱性を向上させる役割を果たす。中間層21の形成に用いる非晶質芳香族樹脂(A)は、主鎖に芳香環を有する非晶質の樹脂である。非晶質芳香族樹脂(A)は、中間層21形成後にはそれ自身では硬化反応が進行しない樹脂である。すなわち、中間層21の形成に非硬化性の樹脂を用いる場合はその樹脂自体を意味し、硬化性の重合体を用いる場合にはその硬化反応が終結したものを意味する。
非晶質芳香族樹脂(A)が主鎖に芳香環を有することにより、Tgが高くかつ熱膨張率が低い中間層21が得られ、発光素子13の発熱により150℃以上の高温に達しても中間層21に変形や熱分解が生じないため、接着性の低下が起こりにくく、発光素子モジュールの信頼性が担保される。
中間層21は、発光素子13や電極12a、12bと保護膜20との初期の接着性、および保護膜20の耐熱性を向上させる役割を果たす。中間層21の形成に用いる非晶質芳香族樹脂(A)は、主鎖に芳香環を有する非晶質の樹脂である。非晶質芳香族樹脂(A)は、中間層21形成後にはそれ自身では硬化反応が進行しない樹脂である。すなわち、中間層21の形成に非硬化性の樹脂を用いる場合はその樹脂自体を意味し、硬化性の重合体を用いる場合にはその硬化反応が終結したものを意味する。
非晶質芳香族樹脂(A)が主鎖に芳香環を有することにより、Tgが高くかつ熱膨張率が低い中間層21が得られ、発光素子13の発熱により150℃以上の高温に達しても中間層21に変形や熱分解が生じないため、接着性の低下が起こりにくく、発光素子モジュールの信頼性が担保される。
非晶質芳香族樹脂(A)としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリーレン樹脂、ポリアリーレンエーテル樹脂、芳香族系含フッ素樹脂等が挙げられる。なかでも、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリーレン樹脂、ポリアリーレンエーテル樹脂、芳香族系含フッ素樹脂が好ましい。透明性の点では、ポリエーテルスルホン樹脂がより好ましい。また、耐光性、透明性の点では、芳香族系含フッ素樹脂がより好ましい。
また、非晶質芳香族樹脂(A)は、中間層21と被覆層22との接着性が向上することから、芳香環を結合する部分にヘテロ原子を有していることが好ましい。
また、非晶質芳香族樹脂(A)は、中間層21と被覆層22との接着性が向上することから、芳香環を結合する部分にヘテロ原子を有していることが好ましい。
芳香族系含フッ素樹脂は、非晶質で、主鎖に芳香環を有する含フッ素樹脂である。芳香族系含フッ素樹脂としては、例えば、特表平5−502257号公報、特開平10−247646号公報、国際公開第03/8483号パンフレット等に記載の含フッ素ポリアリーレン、含フッ素ポリアリーレンエーテル、特開2005−105115号公報に記載の芳香族系含フッ素樹脂が挙げられる。なかでも、特開2005−105115号公報に記載の、架橋性官能基(x)を有するプレポリマー(a)を硬化させた芳香族系含フッ素樹脂(A1)が好ましい。
芳香族系含フッ素樹脂(A1)としては、例えば、架橋性官能基(x)とフェノール性水酸基を有する化合物(a1−1)(以下、「化合物(a1−1)」という。)および/または架橋性官能基(x)とフッ素原子置換芳香環を有する化合物(a1−2)(以下、「化合物(a1−2)」という。)と、後述する含フッ素芳香族化合物(a2)と、フェノール性水酸基を3個以上有する化合物(a3)(以下、「化合物(a3)」という。)とを、脱HF剤存在下に縮合反応させて得られるプレポリマー(a)を硬化させた樹脂(硬化物)が挙げられる。このようにして得られる芳香族系含フッ素樹脂(A1)は、架橋性官能基(x)およびエーテル結合を有している。
化合物(a1−1)および化合物(a1−2)における架橋性官能基(x)は、プレポリマー(a)の製造時(縮合反応時)には実質上反応を起こさず、外部エネルギーを与えることにより反応し、プレポリマー間の架橋または鎖延長を引き起こす反応性官能基である。前記外部エネルギーとしては、光学素子13の実装工程での適用性に優れる点から、熱、光、電子線、またはこれらの併用が好ましい。
架橋性官能基(x)の具体例としては、ビニル基、アリル基、メタクリロイル(オキシ)基、アクリロイル(オキシ)基、ビニルオキシ基、トリフルオロビニル基、トリフルオロビニルオキシ基、エチニル基、1−オキソシクロペンタ−2,5−ジエン−3−イル基、シアノ基、アルコキシシリル基、ジアリールヒドロキシメチル基、ヒドロキシフルオレニル基等が挙げられる。なかでも、外部エネルギーを与えた際の反応性に優れ、高い架橋密度が得られる点から、ビニル基、メタクリロイル(オキシ)基、アクリロイル(オキシ)基、トリフルオロビニルオキシ基、エチニル基が好ましく、得られる保護膜20の耐熱性に優れる点から、エチニル基、ビニル基がより好ましい。
プレポリマーを硬化させる外部エネルギーとして熱を用いる場合、架橋性官能基(x)は、反応温度が40〜500℃であることが好ましく、60〜400℃であることがより好ましく、70〜350℃であることが特に好ましい。架橋性官能基(x)の反応温度が40℃以上であれば、保存安定性を確保しやすい。また、架橋性官能基(x)の反応温度が500℃以下であれば、架橋反応時にプレポリマー自体の熱分解が発生することを抑制しやすい。
芳香族系含フッ素樹脂(A1)における架橋性官能基(x)の含有量は、芳香族系含フッ素樹脂(A1)1gあたりの架橋性官能基(x)の量が0.1〜4mmolであることが好ましく、0.2〜3mmolであることがより好ましい。架橋性官能基(x)の前記含有量が0.1mmol以上であれば、優れた耐熱性と低いガス透過性を備えた保護膜20が得られやすい。また、架橋性官能基(x)の前記含有量が4mmol以下であれば、中間層21の脆性を低減しやすい。
化合物(a1−1)としては、フェノール性水酸基を1個有する化合物、フェノール性水酸基を2個有する化合物が好ましい。
フェノール性水酸基を1個有する化合物としては、例えば、4−ヒドロキシスチレン等の反応性二重結合(架橋性官能基(x))を有するフェノール類;3−エチニルフェノール、4−フェニルエチニルフェノール、4−(4−フルオロフェニル)エチニルフェノール等のエチニルフェノール類が挙げられる。
フェノール性水酸基を2個有する化合物としては、例えば、2,2’−ビス(フェニルエチニル)−5,5’−ジヒドロキシビフェニル、2,2’−ビス(フェニルエチニル)−4,4’−ジヒドロキシビフェニル等のビス(フェニルエチニル)ジヒドロキシビフェニル類;4,4’−ジヒドロキシトラン、3,3’−ジヒドロキシトラン等のジヒドロキシジフェニルアセチレン類が挙げられる。
これら化合物(a1−1)は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
フェノール性水酸基を1個有する化合物としては、例えば、4−ヒドロキシスチレン等の反応性二重結合(架橋性官能基(x))を有するフェノール類;3−エチニルフェノール、4−フェニルエチニルフェノール、4−(4−フルオロフェニル)エチニルフェノール等のエチニルフェノール類が挙げられる。
フェノール性水酸基を2個有する化合物としては、例えば、2,2’−ビス(フェニルエチニル)−5,5’−ジヒドロキシビフェニル、2,2’−ビス(フェニルエチニル)−4,4’−ジヒドロキシビフェニル等のビス(フェニルエチニル)ジヒドロキシビフェニル類;4,4’−ジヒドロキシトラン、3,3’−ジヒドロキシトラン等のジヒドロキシジフェニルアセチレン類が挙げられる。
これら化合物(a1−1)は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
化合物(a1−2)としては、架橋性官能基(x)と、ペルフルオロフェニル、ペルフルオロビフェニル等のペルフルオロ芳香環とを有する化合物が好ましい。例えば、ペンタフルオロスチレン、ペンタフルオロベンジルアクリレート、ペンタフルオロベンジルメタクリレート、ペンタフルオロフェニルアクリレート、ペンタフルオロフェニルメタクリレート、ペルフルオロスチレン、ペンタフルオロフェニルトリフルオロビニルエーテル、3−(ペンタフルオロフェニル)ペンタフルオロプロペン−1等の反応性の二重結合を有する含フッ素アリール類;ペンタフルオロベンゾニトリル等のシアノ基を有する含フッ素アリール類;ペンタフルオロフェニルアセチレン、ノナフルオロビフェニルアセチレン等の反応性の三重結合を有する含フッ素アリールアセチレン類;フェニルエチニルペンタフルオロベンゼン、フェニルエチニルノナフルオロビフェニル、デカフルオロトラン等の含フッ素ジアリールアセチレン類が挙げられる。なかでも、比較的低温で架橋反応が進行し、かつ得られる芳香族系含フッ素樹脂(A1)(硬化物)の耐熱性がより優れることから、二重結合(架橋性官能基(x))を有する含フッ素アリール類、三重結合(架橋性官能基(x))を有する含フッ素アリールアセチレン類が好ましい。
これら化合物(a1−2)は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
含フッ素芳香族化合物(a2)は、下記式(1)で表される化合物である。
これら化合物(a1−2)は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
含フッ素芳香族化合物(a2)は、下記式(1)で表される化合物である。
含フッ素芳香族化合物(a2)におけるRf1およびRf2の炭素数は、8以下であり、3以下であることが好ましい。また、Rf1およびRf2は、耐熱性の観点より、ペルフルオロアルキル基が好ましい。ペルフルオロアルキル基の具体例としては、例えば、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロヘキシル基、ペルフルオロオクチル基が挙げられる。
含フッ素芳香族化合物(a2)におけるa、bは、それぞれ独立に0〜2が好ましく、0が特に好ましい。
含フッ素芳香族化合物(a2)におけるnは、0〜3の整数であり、1〜3の整数であることが好ましい。
含フッ素芳香族化合物(a2)におけるa、bは、それぞれ独立に0〜2が好ましく、0が特に好ましい。
含フッ素芳香族化合物(a2)におけるnは、0〜3の整数であり、1〜3の整数であることが好ましい。
含フッ素芳香族化合物(a2)としては、n=0の場合、ペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロキシレンが好ましく、n=1の場合、ペルフルオロビフェニルが好ましく、n=2の場合、ペルフルオロテルフェニルが好ましく、n=3の場合、ペルフルオロ(1,3,5−トリフェニルベンゼン)、ペルフルオロ(1,2,4−トリフェニルベンゼン)が好ましい。なかでも、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロ(1,3,5−トリフェニルベンゼン)、ペルフルオロ(1,2,4−トリフェニルベンゼン)、ペルフルオロビフェニルがより好ましい。n=3の場合は、プレポリマー(a)に分岐構造が導入されるため中間層21の耐熱性をさらに向上させることができる。特に好ましい含フッ素芳香族化合物(a2)は、優れた耐熱性と低いガス透過性を有し、かつ可撓性の高い中間層21が得られやすい点から、ペルフルオロビフェニルである。
これら含フッ素芳香族化合物(a2)は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
これら含フッ素芳香族化合物(a2)は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
化合物(a3)は、フェノール性水酸基を3個以上有する化合物である。化合物(a3)におけるフェノール性水酸基の数は3個以上であり、実用的に3〜6個が好ましく、3〜4個が特に好ましい。
化合物(a3)としては、多官能フェノール類が好ましい。例えば、トリヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシビフェニル、トリヒドロキシナフタレン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン、テトラヒドロキシベンゼン、テトラヒドロキシビフェニル、テトラヒドロキシビナフチル、テトラヒドロキシスピロインダン類が挙げられる。
化合物(a3)としては、中間層21の可撓性がより高くなる点から、フェノール性水酸基を3個有する化合物がより好ましく、なかでもトリヒドロキシベンゼン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンが特に好ましい。
化合物(a3)としては、多官能フェノール類が好ましい。例えば、トリヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシビフェニル、トリヒドロキシナフタレン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン、テトラヒドロキシベンゼン、テトラヒドロキシビフェニル、テトラヒドロキシビナフチル、テトラヒドロキシスピロインダン類が挙げられる。
化合物(a3)としては、中間層21の可撓性がより高くなる点から、フェノール性水酸基を3個有する化合物がより好ましく、なかでもトリヒドロキシベンゼン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンが特に好ましい。
プレポリマー(a)の数平均分子量は1×103〜5×105であることが好ましい。プレポリマー(a)の数平均分子量が1×103以上であれば、芳香族系含フッ素樹脂(A1)により形成される中間層21の耐熱性、機械特性、耐溶剤性がより良好になる。また、プレポリマー(a)の数平均分子量が5×105以下であれば、プレポリマー(a)の塗布特性がより良好になる。
芳香族系含フッ素樹脂(A1)の硬化前のプレポリマー(a)は、特開2005−105115号公報に記載の方法で製造することができ、例えば、下記(i)〜(iii)の方法が挙げられる。
(i)含フッ素芳香族化合物(a2)と、化合物(a3)と、化合物(a1−1)と、を脱HF剤存在下に縮合反応させる方法。
(ii)含フッ素芳香族化合物(a2)と、化合物(a3)と、化合物(a1−2)と、を脱HF剤存在下に縮合反応させる方法。
(iii)含フッ素芳香族化合物(a2)と、化合物(a3)と、化合物(a1−1)と、化合物(a1−2)と、を脱HF剤存在下に縮合反応させる方法。
前記(i)〜(iii)の方法のいずれにおいても、縮合反応は一段階で行ってもよく、多段階で行ってもよい。また、反応原料のうち特定の化合物を優先的に反応させた後に、引き続き他の化合物を反応させてもよい。また、縮合反応を多段階に分けて行う場合は、途中で得られる中間生成物を反応系から一旦分離し、精製した後に、後続の縮合反応に用いてもよい。反応原料は一括で投入してもよく、連続的に投入してもよく、間歇的に投入してもよい。
(i)含フッ素芳香族化合物(a2)と、化合物(a3)と、化合物(a1−1)と、を脱HF剤存在下に縮合反応させる方法。
(ii)含フッ素芳香族化合物(a2)と、化合物(a3)と、化合物(a1−2)と、を脱HF剤存在下に縮合反応させる方法。
(iii)含フッ素芳香族化合物(a2)と、化合物(a3)と、化合物(a1−1)と、化合物(a1−2)と、を脱HF剤存在下に縮合反応させる方法。
前記(i)〜(iii)の方法のいずれにおいても、縮合反応は一段階で行ってもよく、多段階で行ってもよい。また、反応原料のうち特定の化合物を優先的に反応させた後に、引き続き他の化合物を反応させてもよい。また、縮合反応を多段階に分けて行う場合は、途中で得られる中間生成物を反応系から一旦分離し、精製した後に、後続の縮合反応に用いてもよい。反応原料は一括で投入してもよく、連続的に投入してもよく、間歇的に投入してもよい。
脱HF剤としては、塩基性化合物が好ましく、特にアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩または水酸化物が好ましい。例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。
芳香族系含フッ素樹脂(A1)は、分岐型の分子構造を有し、高密度に架橋された硬化物であるため、Tgが高い。そのため、より低いガス透過性を有する中間層21を形成することができる。また、芳香族系含フッ素樹脂(A1)を用いて形成した中間層21は、より強固な接着性を有しており、耐熱性および機械的特性に優れ、温度変化による光学素子13から保護膜20が剥離することを防ぐ効果に優れている。
ポリエーテルスルホン樹脂は、下記式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子である。
ポリエーテルスルホン樹脂は、下記式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子である。
ポリエーテルスルホン樹脂の分子量は特に限定されるものではないが、固有粘度で表される範囲で0.3〜1.0dL/gであることが好ましい。
本発明における非晶質芳香族樹脂(A)は、ガラス転移温度(Tg)が150℃以上であることが好ましく、200℃以上がより好ましい。Tgが150℃以上であれば、照明用白色LEDの場合等、LED素子(発光素子13)の発熱によって保護膜20等の発光素子13周辺の温度が150℃以上に加熱された場合であっても、中間層21が流動しにくいため、中間層21の寸法変化が小さく、熱変形が生じにくい。そのため、温度が低下したときに保護膜20が剥離することを抑制しやすい。また、光学素子13を高温で連続使用した場合であっても中間層21が軟化しにくく剥離しにくいことで、低いガス透過性を維持しやすいため、電気配線に用いられるAg電極等の変色を抑えることが容易である。
好ましいTgの非晶質芳香族樹脂(A)は、例えば、市販品から適宜選択することにより入手することができる。
好ましいTgの非晶質芳香族樹脂(A)は、例えば、市販品から適宜選択することにより入手することができる。
Tgが150℃以上の市販品の非晶質芳香族樹脂(A)としては、例えば、芳香族系含フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリーレン樹脂、ポリアリーレンエーテル樹脂等が挙げられる。
非晶質芳香族樹脂(A)として芳香族系含フッ素樹脂(A1)を用いる場合、そのTgは、示差走査熱量計(DSC)を用いてJIS K7121:1987に従って測定を行い、中間点ガラス転移温度をガラス転移温度とすることで求めることができる。
この場合、芳香族系含フッ素樹脂(A1)のTgは、架橋性官能基(x)の含有量により調整することができる。
この場合、芳香族系含フッ素樹脂(A1)のTgは、架橋性官能基(x)の含有量により調整することができる。
非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数は、20〜100ppm/℃であることが好ましく、50〜100ppm/℃であることがより好ましい。樹脂は熱膨張係数が低い方が、温度が変化しても温度による膨張、収縮の度合いが小さい。そのため、熱膨張係数が低いほど光学素子13や電極12a、12b、基板11のセラミクス等との接着性を維持しやすく、剥離が生じにくくなると考えられる。従って、非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数は、100ppm/℃以下が好ましい。非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が100ppm/℃以下であれば、発光素子モジュール1の発光素子13、電気配線(電極12a、12b、ワイヤボンディング14)や基板11(セラミクス)等との接着性により優れる。
一方、非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数は大きい(100〜200ppm/℃)ので、非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が小さすぎると、温度変化により中間層21と被覆層22の界面で剥離が生じるおそれがある。そこで、非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数は20ppm/℃以上が好ましい。非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が20ppm/℃以上であれば、被覆層22に用いられる非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数との差を小さくすることができるため、保護膜20において中間層21と被覆層22の界面で剥離が生じにくくなる。
一方、非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数は大きい(100〜200ppm/℃)ので、非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が小さすぎると、温度変化により中間層21と被覆層22の界面で剥離が生じるおそれがある。そこで、非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数は20ppm/℃以上が好ましい。非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が20ppm/℃以上であれば、被覆層22に用いられる非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数との差を小さくすることができるため、保護膜20において中間層21と被覆層22の界面で剥離が生じにくくなる。
熱膨張係数が20〜100ppm/℃の市販品の非晶質芳香族樹脂(A)としては、例えば、ポリアミドイミド樹脂(東洋紡社製バイロマックスHR−15ET等)、ポリエーテルスルホン樹脂(住友化学社製スミカエクセル5003P等)、ポリイミド樹脂(東レ社製セミコファインSP−483等)、ポリスルホン樹脂(ソルベイアドバンストポリマー社製ユーデルP3500等)が挙げられる。
中間層21は、以上説明した非晶質芳香族樹脂(A)により形成することができる。本発明における中間層21は、非晶質芳香族樹脂(A)のみで形成されていることが好ましい。ただし、中間層21には、該中間層21の耐熱性、ガス透過性、および発光素子や被覆層との接着性を悪化させすぎない範囲内であれば、非晶質芳香族樹脂(A)に加えて他の樹脂が含有されていてもよい。
中間層21に含有できる他の物質としては、例えば、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂等の熱硬化型樹脂の硬化物、あるいはアルコキシシランより誘導される脱水縮合物等が挙げられる。
中間層21に他の樹脂が含まれている場合には、中間層21(100質量%)における他の重合体の含有量は30質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。即ち、中間層としては、主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を70質量%超含むことが好ましく、より好ましくは90質量%超含むことが好ましい。
中間層21に他の樹脂が含まれている場合には、中間層21(100質量%)における他の重合体の含有量は30質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。即ち、中間層としては、主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を70質量%超含むことが好ましく、より好ましくは90質量%超含むことが好ましい。
中間層21の厚さは、0.1〜100μmであることが好ましく、1〜10μmであることがより好ましい。中間層21の厚さが0.1μm未満であると、ガス透過性を低く維持しにくくなることがある。中間層21の厚さが100μmを超えると、非晶質芳香族樹脂(A)の種類によっては短波長の光を吸収するため発光素子13からの光の取り出し効率が低下する原因となることがある。また、厚さがこの範囲内であると、発光素子13と保護膜20の接着性を高めつつガス透過性を低く維持することが容易である。
中間層21の波長400〜700nmの可視光に対する光透過性は、厚さが5〜10μmの条件で、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。前記光透過性が90%以上であれば、発光素子13からの光の取り出し効率に悪影響を与えることを抑制できるため、発光輝度の高い発光素子モジュール1が得られやすい。
温度0〜200℃における中間層21のガス透過性は、Ag電極等の変色を抑制しやすい点から低いことが好ましく、ポリジメチルシロキサンのガス透過性に対して1/10〜1/1000であることが好ましく、1/100〜1/1000であることがより好ましい。前記ガス透過性がポリジメチルシロキサンのガス透過性に対して1/1000以下であれば、水蒸気や大気中の硫黄化合物を遮断してLED素子(発光素子)や電極の劣化を防ぎやすい。
中間層21の前記ガス透過性は、非晶質芳香族樹脂(A)の膜厚等により調整することができる。
中間層21の前記ガス透過性は、非晶質芳香族樹脂(A)の膜厚等により調整することができる。
(被覆層)
非晶質含フッ素樹脂(B)は、芳香環を有さない、非晶質で硬化性の硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させて得られる樹脂(硬化物)である。被覆層22を形成する非晶質含フッ素樹脂(B)が芳香環を有さないことにより、光学素子13からの光によって該芳香環が開裂して被覆層22が劣化し、保護膜の保護性能が低下することを防止できる。
非晶質含フッ素樹脂(B)は、芳香環を有さない、非晶質で硬化性の硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させて得られる樹脂(硬化物)である。被覆層22を形成する非晶質含フッ素樹脂(B)が芳香環を有さないことにより、光学素子13からの光によって該芳香環が開裂して被覆層22が劣化し、保護膜の保護性能が低下することを防止できる。
硬化性非晶質含フッ素重合体(b)は、非晶質で硬化性を有する含フッ素重合体であれば光学素子の保護に用いられる公知の重合体を用いることができ、例えば、国際公開第07/145181号パンフレットに記載のペルフルオロジエン単位に基づく二重結合を側鎖に有する硬化性のペルフルオロポリマーや、特開2007−217701号公報に記載のトリフルオロビニル基含有単量体に基づく単位を有し、かつ末端にカルボキシ基、シアノ基、二重結合等の硬化性の反応基を有する含フッ素重合体、あるいは特開平8−67819に記載の硬化性パーフルオロポリアルキレンエーテル等が挙げられる。硬化性非晶質含フッ素重合体(b)は、1種のみを使用しても、2種以上を併用してもよい。
硬化性非晶質含フッ素重合体(b)は、光または熱により容易に硬化させて被覆層22を形成することができる点から、前記硬化性のペルフルオロポリマー等の重合性二重結合(炭素−炭素二重結合)を有する重合性化合物(b1)であることが好ましい。
重合性化合物(b1)の具体例としては、例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,2−エチレングリコールジビニルエーテル)共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロメチルビニルエーテル共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)共重合体、CTFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、CTFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロメチルビニルエーテル共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロブテニルビニルエーテル共重合体等が挙げられる。
重合性化合物(b1)は、例えば、国際公開第07/145181号パンフレットに記載の方法により製造することができる。
重合性化合物(b1)の具体例としては、例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,2−エチレングリコールジビニルエーテル)共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロメチルビニルエーテル共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)共重合体、CTFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、CTFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロメチルビニルエーテル共重合体、TFE/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロブテニルビニルエーテル共重合体等が挙げられる。
重合性化合物(b1)は、例えば、国際公開第07/145181号パンフレットに記載の方法により製造することができる。
また、中間層12を形成する非晶質芳香族樹脂(A)が、主鎖の芳香環の結合部分にヘテロ原子を有している場合、非晶質含フッ素樹脂(B)における末端や側鎖にカルボン酸基、エステル基、アミド基、水酸基、シアノ基、チオール基等の官能基を導入しておくことにより、中間層と被覆層の接着性を向上させることができる。これは、へテロ原子の影響で非晶質芳香族樹脂(A)が極性を有しており、非晶質含フッ素樹脂(B)の前記官能基と相互作用するためである。
非晶質含フッ素樹脂(B)への前記官能基の導入方法としては、例えば、アミド基の場合、非晶質含フッ素樹脂(B)の末端基として存在する−COOHや−COFを、1級アミン、2級アミンと反応させてアルキルアミドに変換する方法が挙げられる。また、シアノ基の場合は、末端基として存在する−COOHや−COFをアンモニアと反応させて−CONH2とした後、脱水反応によりにシアノ基とする方法が挙げられる。また、該シアノ基を還元することによりアミノ基とすることができる。また、−COOHまたは−COFをメチルエステル化した後に還元することにより水酸基とすることができる。
非晶質含フッ素樹脂(B)への前記官能基の導入方法としては、例えば、アミド基の場合、非晶質含フッ素樹脂(B)の末端基として存在する−COOHや−COFを、1級アミン、2級アミンと反応させてアルキルアミドに変換する方法が挙げられる。また、シアノ基の場合は、末端基として存在する−COOHや−COFをアンモニアと反応させて−CONH2とした後、脱水反応によりにシアノ基とする方法が挙げられる。また、該シアノ基を還元することによりアミノ基とすることができる。また、−COOHまたは−COFをメチルエステル化した後に還元することにより水酸基とすることができる。
非晶質含フッ素樹脂(B)のTgは、−50℃〜100℃であることが好ましく、−20℃〜50℃であることがより好ましい。Tgが−50℃以上であれば、被覆層22表面のべとつきの影響が少ない。またガス透過性を低く保ちやすいために電気配線に用いられるAg電極等の変色を抑えることが容易になる。また、非晶質芳香族樹脂(A)のTgが100℃以下であれば、柔軟性が保たれるため、温度変化による中間層21と被覆層22の界面での応力発生により剥離が生じることを抑制しやすくなる。
非晶質含フッ素樹脂(B)のTgは、硬化性非晶質含フッ素重合体(b)中の硬化性反応基(重合性二重結合)の量により調整することができる。
非晶質含フッ素樹脂(B)のTgは、硬化性非晶質含フッ素重合体(b)中の硬化性反応基(重合性二重結合)の量により調整することができる。
非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数は、低いほど好ましい。具体的には、100〜200ppm/℃であることが好ましく、100〜180ppm/℃であることがより好ましく、100〜150ppm/℃であることが特に好ましい。非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数がこの範囲内にあると、中間層21の熱膨張係数との差が小さくなるので好ましい。非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数が200ppm/℃を超えると、中間層21の熱膨張係数との差が大きくなり、中間層21との接着性が充分に得られない場合がある。
非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数は、樹脂の選択により調整することができる。
非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数は、樹脂の選択により調整することができる。
被覆層22は、以上説明した非晶質含フッ素樹脂(B)により形成することができる。本発明における被覆層22は、非晶質含フッ素樹脂(B)のみで形成されていることが好ましい。ただし、被覆層22には、該被覆層22のガス透過性を悪化させすぎない範囲内であれば、非晶質含フッ素樹脂(B)に加えて他の樹脂が含有されていてもよい。
被覆層22に含有できる他の物質としては、例えば、Tgを下げて柔軟性を高める効果を奏するパーフルオロポリエーテル等が挙げられる。また、光の波長を変換する効果を奏する無機系または有機系蛍光体が挙げられる。また、光を散乱させるためには、無機粒子(シリカ、アルミナ)等を含有させてもよい。
被覆層22の厚さは、100μm以上であることが好ましい。被覆層22の厚さが100μm以上であれば、発光素子13や電気配線等の劣化を抑えやすく、耐光性に優れる。
被覆層22の波長400〜700nmの可視光に対する光透過性は、厚さが0.1〜2mmの条件で、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。前記光透過性が90%以上であれば、発光素子13からの光の取り出し効率に悪影響を与えることを抑制できるため、発光輝度の高い発光素子モジュール1が得られやすい。
被覆層22の25℃におけるガス透過性は、酸素および水蒸気の場合10−15〜10−13mol・m/m2・s・Paであることが好ましく、10−15〜10−14mol・m/m2・s・Paであることがより好ましい。前記ガス透過性が10−13mol・m/m2・s・Pa以下であれば、水蒸気や大気中の硫黄化合物を遮断してLED素子(発光素子13)や電極12a、12bの劣化を防ぐことが容易である。また、前記ガス透過性が10−15mol・m/m2・s・Pa以上であれば、硬化性非晶質含フッ素重合体(b)の入手が容易になる。
被覆層22の前記ガス透過性は、非晶質含フッ素樹脂(B)のTg、架橋密度等により調整することができる。
被覆層22の前記ガス透過性は、非晶質含フッ素樹脂(B)のTg、架橋密度等により調整することができる。
以上説明した本発明の光学素子モジュールは、非晶質含フッ素樹脂(B)を用いた保護膜が、発光素子との初期の接着性、ガス透過性に優れている。また、耐熱性にも優れているため、高温で連続使用しても保護膜の剥離を抑制することができ、安定して使用できる。
非晶質含フッ素樹脂(B)は、通常、各種の基材に対する接着性が特に優れているわけではない。しかし、本発明では、光学素子13等のモジュール部材10と被覆層22の中間の極性を有する非晶質芳香族樹脂(A)により中間層21を形成することにより、光学素子13と保護膜20の接着性が向上する。
また、中間層21の形成にTgが150℃以上の非晶質芳香族樹脂(A)を用いることにより、光学素子モジュールを高温にした際の中間層21の軟化をより抑えることができるため、保護膜20のガス透過性を低く維持することが容易であり、保護膜20をより薄くすることができる。
さらに、被覆層22の非晶質含フッ素樹脂(B)に比べて熱膨張係数が小さい非晶質芳香族樹脂(A)を用いることで、発光素子モジュールの使用による温度変化によって中間層21が膨張、収縮することを抑え、保護膜20が光学素子13から剥離することを防止することが容易になる。
非晶質含フッ素樹脂(B)は、通常、各種の基材に対する接着性が特に優れているわけではない。しかし、本発明では、光学素子13等のモジュール部材10と被覆層22の中間の極性を有する非晶質芳香族樹脂(A)により中間層21を形成することにより、光学素子13と保護膜20の接着性が向上する。
また、中間層21の形成にTgが150℃以上の非晶質芳香族樹脂(A)を用いることにより、光学素子モジュールを高温にした際の中間層21の軟化をより抑えることができるため、保護膜20のガス透過性を低く維持することが容易であり、保護膜20をより薄くすることができる。
さらに、被覆層22の非晶質含フッ素樹脂(B)に比べて熱膨張係数が小さい非晶質芳香族樹脂(A)を用いることで、発光素子モジュールの使用による温度変化によって中間層21が膨張、収縮することを抑え、保護膜20が光学素子13から剥離することを防止することが容易になる。
<光学素子モジュールの製造方法>
本発明の製造方法は、光学素子と、該光学素子に通電する電気配線を備え、前記光学素子および前記電気配線が保護膜で被覆された光学素子モジュールの製造方法である。
以下、前述した芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層を有する保護膜が形成された光学素子モジュールの製造方法(I)と、予め合成した非晶質芳香族樹脂(A)を用いた中間層を有する保護膜が形成された光学素子モジュールの製造方法(II)について説明する。
本発明の製造方法は、光学素子と、該光学素子に通電する電気配線を備え、前記光学素子および前記電気配線が保護膜で被覆された光学素子モジュールの製造方法である。
以下、前述した芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層を有する保護膜が形成された光学素子モジュールの製造方法(I)と、予め合成した非晶質芳香族樹脂(A)を用いた中間層を有する保護膜が形成された光学素子モジュールの製造方法(II)について説明する。
[製造方法(I)]
製造方法(I)は、以下の工程を有する。
中間層形成工程:架橋性官能基(x)を有するプレポリマー(a)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布した後、前記プレポリマー(a)を硬化させ、主鎖に芳香環を有する芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層を形成する工程。
被覆層形成工程:中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する工程。
製造方法(I)は、以下の工程を有する。
中間層形成工程:架橋性官能基(x)を有するプレポリマー(a)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布した後、前記プレポリマー(a)を硬化させ、主鎖に芳香環を有する芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層を形成する工程。
被覆層形成工程:中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する工程。
以下、本発明の製造方法の実施形態の一例として、図1に例示した光学素子モジュール1を製造する方法について説明する。
モジュール部材10を作製する方法は特に限定されず、公知の方法により、基板11上に電極12a、12b、光学素子13、ボンディングワイヤ14、リフレクタ15を実装して作製すればよい。また、それらが実装された市販のモジュール部材を用いてもよい。
モジュール部材10を作製する方法は特に限定されず、公知の方法により、基板11上に電極12a、12b、光学素子13、ボンディングワイヤ14、リフレクタ15を実装して作製すればよい。また、それらが実装された市販のモジュール部材を用いてもよい。
(中間層形成工程)
中間層形成工程では、プレポリマー(a)を溶剤に溶解してコーティング液を調整する。その後、該コーティング液を凹部16における発光素子13、電極12a、12bに塗布して中間層21を形成する。該コーティング液の塗布により中間層21を形成することにより、中間層21を容易に形成することができる。そのため、プレポリマー(a)と溶剤は、プレポリマー(a)が溶剤に可溶な組み合わせを用いることが好ましい。
中間層形成工程では、プレポリマー(a)を溶剤に溶解してコーティング液を調整する。その後、該コーティング液を凹部16における発光素子13、電極12a、12bに塗布して中間層21を形成する。該コーティング液の塗布により中間層21を形成することにより、中間層21を容易に形成することができる。そのため、プレポリマー(a)と溶剤は、プレポリマー(a)が溶剤に可溶な組み合わせを用いることが好ましい。
コーティング液の溶剤としては、例えば、芳香族炭化水素類、非プロトン性極性溶媒類、ケトン類、エステル類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類が挙げられる。
芳香族炭化水素類としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、キュメン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン、o−クロロフェノール、ニトロベンゼン、アニソール等が挙げられる。
非プロトン性極性溶媒類としては、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、1−メチル−2−ピロリドン、スルホラン等が挙げられる。
ケトン類としては、例えば、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルアミルケトン等が挙げられる。
エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、ピラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジフェニルエーテル、アニソール、フェネトール、ジグライム、トリグライム等が挙げられる。
エステル類としては、例えば、乳酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル、メチルセルソルブアセテート、エチルセルソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等が挙げられる。
ハロゲン化炭化水素類としては、例えば、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等が挙げられる。
芳香族炭化水素類としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、キュメン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン、o−クロロフェノール、ニトロベンゼン、アニソール等が挙げられる。
非プロトン性極性溶媒類としては、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、1−メチル−2−ピロリドン、スルホラン等が挙げられる。
ケトン類としては、例えば、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルアミルケトン等が挙げられる。
エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、ピラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジフェニルエーテル、アニソール、フェネトール、ジグライム、トリグライム等が挙げられる。
エステル類としては、例えば、乳酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル、メチルセルソルブアセテート、エチルセルソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等が挙げられる。
ハロゲン化炭化水素類としては、例えば、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等が挙げられる。
コーティング液の塗布方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、ロールコート法、フレキソコート法、グラビアコート法、バーコート法、カーテンコート法、スクリーンコート法、インクジェット法、フローコート法等が挙げられる。
コーティング液を塗布して塗布膜を形成した後、光、熱、電子線等や、それらの併用によりプレポリマー(a)を硬化させることにより、芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層21が形成される。
加熱によりプレポリマー(a)を硬化させる場合、硬化温度は、プレポリマー(a)を硬化させることができる温度であればよく、100〜200℃であることが好ましく、150〜200℃であることがより好ましい。プレポリマー(a)の硬化温度が100℃以上であれば、中間層21の形成効率が向上する。また、プレポリマー(a)の硬化温度が200℃以下であれば、得られる中間層21が変質することを抑制しやすい。
また、光によりプレポリマー(a)を硬化させる場合は、塗布するコーティング液に、特定波長光に対して好適な光ラジカル発生剤、光酸発生剤、増感剤等を含有させておくことが好ましい。
プレポリマー(a)の硬化には、波長150〜400nmの光(紫外線)を用いることができる。波長250〜400nmにおいてはメタルハライドランプ、254、313、365nmには高圧または低圧水銀ランプを用いることができる。また、248nmにはKrFエキシマーレーザー、193nmにはArFエキシマーレーザー、157nmにはF2レーザーを用いることができる。
硬化は、例えば、照射強度が0.1〜500mW/cm2の範囲で1分〜10時間照射することにより行うことができる。
プレポリマー(a)の硬化には、波長150〜400nmの光(紫外線)を用いることができる。波長250〜400nmにおいてはメタルハライドランプ、254、313、365nmには高圧または低圧水銀ランプを用いることができる。また、248nmにはKrFエキシマーレーザー、193nmにはArFエキシマーレーザー、157nmにはF2レーザーを用いることができる。
硬化は、例えば、照射強度が0.1〜500mW/cm2の範囲で1分〜10時間照射することにより行うことができる。
(被覆層形成工程)
被覆層形成工程では、硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を中間層21上に塗布し、その後に熱または光により硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させて被覆層22を形成する。硬化性非晶質含フッ素重合体(b)として、前述の重合性化合物(b1)を用いることにより、被覆層22を容易に形成することができる。
被覆層形成工程における硬化性非晶質含フッ素重合体(b)の塗布方法は、特に限定されないが、被覆層22の厚さは中間層21の厚さに比べて大きくすることが好ましいため、中間層形成工程のような溶剤で溶解したコーティング液を用いた塗布方法ではなく、硬化温度よりも低い温度で加熱して硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を流動させ、これを塗布する方法を用いることが好ましい。
被覆層形成工程では、硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を中間層21上に塗布し、その後に熱または光により硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させて被覆層22を形成する。硬化性非晶質含フッ素重合体(b)として、前述の重合性化合物(b1)を用いることにより、被覆層22を容易に形成することができる。
被覆層形成工程における硬化性非晶質含フッ素重合体(b)の塗布方法は、特に限定されないが、被覆層22の厚さは中間層21の厚さに比べて大きくすることが好ましいため、中間層形成工程のような溶剤で溶解したコーティング液を用いた塗布方法ではなく、硬化温度よりも低い温度で加熱して硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を流動させ、これを塗布する方法を用いることが好ましい。
硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱により硬化させる場合の硬化温度は、用いる硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させることができる温度であればよく、その種類によっても異なるが、100〜200℃であることが好ましく、150〜200℃であることがより好ましい。硬化温度が100℃以上であれば、より短時間で硬化反応を行って生産性を向上させることができる。また、硬化温度が200℃以下であれば、寸法安定性に優れた被覆層22が得られやすくなる。
硬化反応は、段階的に温度が高くなるように多段階で行ってもよい。硬化反応を多段階で行う場合は、硬化温度は少なくともその最高温度が前記範囲内となるようにすればよい。
硬化反応は、段階的に温度が高くなるように多段階で行ってもよい。硬化反応を多段階で行う場合は、硬化温度は少なくともその最高温度が前記範囲内となるようにすればよい。
硬化性非晶質含フッ素重合体(b)として前述の重合性化合物(b1)を用いる場合は、硬化剤を用いずに、加熱によって硬化させることが好ましい。硬化剤を用いない場合の架橋反応の機構は明らかでないが、重合性化合物(b1)中に溶解している酸素がラジカル源となること、重合性化合物(b1)中の構造の一部が熱分解してラジカルを発生すること、重合性化合物(b1)中の側鎖−CF=CF2基(重合性二重結合)同士の熱カップリング反応等が要因であると考えられる。
また、硬化性非晶質含フッ素重合体(b)の硬化反応においては、含フッ素有機過酸化物等の硬化剤を用いてもよい。含フッ素有機化酸化物としては、たとえば、(C6F5C(CO)O)2、((CF3)3O)2等が挙げられる。
また、硬化性非晶質含フッ素重合体(b)の硬化反応においては、含フッ素有機過酸化物等の硬化剤を用いてもよい。含フッ素有機化酸化物としては、たとえば、(C6F5C(CO)O)2、((CF3)3O)2等が挙げられる。
また、波長150〜400nmの光(紫外線)により硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させてもよい。この場合は室温でも硬化反応が進行し、熱硬化させたものよりも硬度の高い被覆層22が得られる。
紫外線の波長は、150〜400nmが好ましく、193〜365nmがより好ましく、248〜365nmが特に好ましい。
紫外線の波長は、150〜400nmが好ましく、193〜365nmがより好ましく、248〜365nmが特に好ましい。
特に、254nmの短波長紫外線を照射する場合は光開始剤を用いなくてもよく、紫外線照射強度に応じて照射時間を調節することにより、硬化物を作成できる。硬化は、例えば、照射強度が0.1〜500mW/cm2の範囲で1分〜10時間照射することにより行うことができる。
なお、254nmの短波長紫外線を用いた場合に、光開始剤を用いなくても硬化する機構については明らかではない。しかし、19F−NMRによる構造解析によれば、硬化物中に、重合性化合物(b1)中の側鎖の−CF=CF2基同士の熱カップリングで生じるシクロブタン環が存在しないことが確認できた。このことから、重合性化合物(b1)中の−CF=CF2基の重合が進行していることが示唆される。開始源としては、−CF=CF2基が光により活性化して、重合性化合物(b1)の末端に存在するHを引き抜くことによりラジカルが発生すること等が考えられる。
また、光開始剤を用いれば300〜400nmの紫外線を照射することにより硬化させることができる。
光開始剤としては、アセトフェノン系、ベンゾインエーテル系、ベンジルケタール系、ベンゾフェノン、ベンジル等のケトン系の各種の化合物が挙げられる。好ましくは、重合性化合物(b1)との相溶性から、水素の一部がフッ素またはフルオロアルキル基に置換された含フッ素系光開始剤である。
光開始剤としては、アセトフェノン系、ベンゾインエーテル系、ベンジルケタール系、ベンゾフェノン、ベンジル等のケトン系の各種の化合物が挙げられる。好ましくは、重合性化合物(b1)との相溶性から、水素の一部がフッ素またはフルオロアルキル基に置換された含フッ素系光開始剤である。
光開始剤の使用量は、0.01〜10質量%が好ましく、0.1〜1質量%がより好ましい。光開始剤の使用量が前記範囲にあれば、硬化速度を低下させずに着色の少ない透明な被覆層22を得ることが容易になる。
以上のような中間層形成工程、被覆層形成工程により、中間層21と被覆層22を有する保護膜20を形成することで、光学素子モジュール1が得られる。
以上のような中間層形成工程、被覆層形成工程により、中間層21と被覆層22を有する保護膜20を形成することで、光学素子モジュール1が得られる。
[製造方法(II)]
製造方法(II)は、以下の工程を有する。
中間層形成工程:非晶質芳香族樹脂(A)を溶剤に溶解したコーティング液を発光素子および電気配線に塗布して中間層を形成する工程。
被覆層形成工程:中間層上に硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する工程。
製造方法(II)は、以下の工程を有する。
中間層形成工程:非晶質芳香族樹脂(A)を溶剤に溶解したコーティング液を発光素子および電気配線に塗布して中間層を形成する工程。
被覆層形成工程:中間層上に硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する工程。
以下、本発明の製造方法の実施形態の一例として、図1に例示した光学素子モジュール1を製造する方法について説明する。
モジュール部材10を作製する方法は特に限定されず、公知の方法により、基板11上に電極12a、12b、光学素子13、ボンディングワイヤ14、リフレクタ15を実装して作製すればよい。また、それらが実装された市販のモジュール部材を用いてもよい。
モジュール部材10を作製する方法は特に限定されず、公知の方法により、基板11上に電極12a、12b、光学素子13、ボンディングワイヤ14、リフレクタ15を実装して作製すればよい。また、それらが実装された市販のモジュール部材を用いてもよい。
(中間層形成工程)
中間層形成工程では、非晶質芳香族樹脂(A)を溶剤に溶解してコーティング液を調製する。その後、該コーティング液を、凹部16における発光素子13に塗布して中間層21を形成する。該コーティング液の塗布し、乾燥することにより中間層21を形成することにより、中間層21を容易に形成することができる。非晶質芳香族樹脂(A)および溶剤は、非晶質芳香族樹脂(A)が溶剤に可溶な組み合わせを用いることが好ましい。
中間層形成工程では、非晶質芳香族樹脂(A)を溶剤に溶解してコーティング液を調製する。その後、該コーティング液を、凹部16における発光素子13に塗布して中間層21を形成する。該コーティング液の塗布し、乾燥することにより中間層21を形成することにより、中間層21を容易に形成することができる。非晶質芳香族樹脂(A)および溶剤は、非晶質芳香族樹脂(A)が溶剤に可溶な組み合わせを用いることが好ましい。
溶剤は製造方法(I)で挙げたものと同じものが挙げられる。
例えば、非晶質芳香族樹脂(A)としてポリエーテルスルホン樹脂を用いる場合、溶剤としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、o−クロロフェノール、アニソール、ニトロベンゼン、塩化メチレン、ジクロロエタン等を用いることができる。
例えば、非晶質芳香族樹脂(A)としてポリエーテルスルホン樹脂を用いる場合、溶剤としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、o−クロロフェノール、アニソール、ニトロベンゼン、塩化メチレン、ジクロロエタン等を用いることができる。
(被覆層形成工程)
被覆層形成工程は、製造方法(I)と同じ工程を行うことができ、好ましい態様も同じである。
なお、予め合成した非晶質芳香族樹脂(A)と、芳香族系含フッ素樹脂(A1)とを共に含む中間層を形成する場合には、プレポリマー(a)と、予め合成した非晶質芳香族樹脂(A)とを溶剤に溶解したコーティング液を調製し、該コーティング液を用いて前述の塗布方法で光学素子13および電極12a、12bに塗布した後、熱、光、電子線等で芳香族系含フッ素樹脂(A1)を硬化させることで中間層21を形成することができる。
被覆層形成工程は、製造方法(I)と同じ工程を行うことができ、好ましい態様も同じである。
なお、予め合成した非晶質芳香族樹脂(A)と、芳香族系含フッ素樹脂(A1)とを共に含む中間層を形成する場合には、プレポリマー(a)と、予め合成した非晶質芳香族樹脂(A)とを溶剤に溶解したコーティング液を調製し、該コーティング液を用いて前述の塗布方法で光学素子13および電極12a、12bに塗布した後、熱、光、電子線等で芳香族系含フッ素樹脂(A1)を硬化させることで中間層21を形成することができる。
以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。なお、本実施例における「部」は質量部を意味する。
[測定方法]
本実施例における中間層および被覆層の厚さ、プレポリマー(a)の分子量、芳香族系含フッ素樹脂(A1)のガラス転移温度(Tg)、熱膨張係数の測定は、以下に示す方法により行った。
(中間層および被覆層の厚さ)
以下の実施例に示す銀メッキ銅板上の中間層および被覆層の厚さは、基板との段差を表面粗さ計を用いて測定することにより算出した。
[測定方法]
本実施例における中間層および被覆層の厚さ、プレポリマー(a)の分子量、芳香族系含フッ素樹脂(A1)のガラス転移温度(Tg)、熱膨張係数の測定は、以下に示す方法により行った。
(中間層および被覆層の厚さ)
以下の実施例に示す銀メッキ銅板上の中間層および被覆層の厚さは、基板との段差を表面粗さ計を用いて測定することにより算出した。
(ガラス転移温度(Tg))
芳香族系含フッ素樹脂(A1)のガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC)を用い、JIS K7121:1987に準拠して測定した。なお、中間点ガラス転移温度をガラス転移温度(Tg)とした。
なお、芳香族系含フッ素樹脂(A1)以外の非晶質芳香族樹脂(A)のTgは、商品に記載のTgである。
芳香族系含フッ素樹脂(A1)のガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC)を用い、JIS K7121:1987に準拠して測定した。なお、中間点ガラス転移温度をガラス転移温度(Tg)とした。
なお、芳香族系含フッ素樹脂(A1)以外の非晶質芳香族樹脂(A)のTgは、商品に記載のTgである。
(熱膨張係数)
熱膨張係数は、TMA装置(セイコー電子社製、TMA120C)を用い、100℃から200℃まで10℃/分で昇温することで測定した。
熱膨張係数は、TMA装置(セイコー電子社製、TMA120C)を用い、100℃から200℃まで10℃/分で昇温することで測定した。
(分子量測定)
芳香族系含フッ素樹脂(A1)の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC法)によりポリスチレン換算の数平均分子量として測定した。キャリア溶媒はテトラヒドロフランを使用した。硬化性非晶質含フッ素重合体(b)の分子量も同様に、ポリメチルメタクリレート換算の数平均分子量として、キャリア溶媒としてアサヒクリンAK225を用いて測定した。
芳香族系含フッ素樹脂(A1)の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC法)によりポリスチレン換算の数平均分子量として測定した。キャリア溶媒はテトラヒドロフランを使用した。硬化性非晶質含フッ素重合体(b)の分子量も同様に、ポリメチルメタクリレート換算の数平均分子量として、キャリア溶媒としてアサヒクリンAK225を用いて測定した。
[実施例1]
(中間層形成工程)
N,N−ジメチルアセトアミドにポリエーテルスルホン(商品名:スミカエクセルPES5003P、住友化学製、Tg:226℃、熱膨張係数:55ppm/℃)(PES(ポリエーテルスルホン)濃度:20質量%)を溶解して中間層形成のためのコーティング液を調製した。
得られたコーティング液を銀メッキした銅板上に流延して、窒素ガス雰囲気中にて100℃で30分間加熱し、さらに150℃で1時間加熱することにより中間層(厚さ約5μm)を形成した。このようにして得られた中間層のTgは226℃、熱膨張係数は55ppm/℃であった。
(被覆層形成工程)
次いで、該中間層上に、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)共重合体(共重合組成:70/12/18(モル比)、PMMA換算質量平均分子量9600)からなる、高粘度液状の重合性化合物(b1−1)を塗布した後、100℃に加熱して皮膜状に展開させ、室温まで冷却してから低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を0.6mW/cm2で1時間照射して硬化させ、厚さ500μmの被覆層を形成して保護膜とした。
この保護膜を有する銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に3週間保持した。しかし、被覆層の剥離、および銀メッキや被覆層の変色はほとんど見られなかった。
(中間層形成工程)
N,N−ジメチルアセトアミドにポリエーテルスルホン(商品名:スミカエクセルPES5003P、住友化学製、Tg:226℃、熱膨張係数:55ppm/℃)(PES(ポリエーテルスルホン)濃度:20質量%)を溶解して中間層形成のためのコーティング液を調製した。
得られたコーティング液を銀メッキした銅板上に流延して、窒素ガス雰囲気中にて100℃で30分間加熱し、さらに150℃で1時間加熱することにより中間層(厚さ約5μm)を形成した。このようにして得られた中間層のTgは226℃、熱膨張係数は55ppm/℃であった。
(被覆層形成工程)
次いで、該中間層上に、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(1,4−ブタンジオールジビニルエーテル)/ペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)共重合体(共重合組成:70/12/18(モル比)、PMMA換算質量平均分子量9600)からなる、高粘度液状の重合性化合物(b1−1)を塗布した後、100℃に加熱して皮膜状に展開させ、室温まで冷却してから低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を0.6mW/cm2で1時間照射して硬化させ、厚さ500μmの被覆層を形成して保護膜とした。
この保護膜を有する銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に3週間保持した。しかし、被覆層の剥離、および銀メッキや被覆層の変色はほとんど見られなかった。
[実施例2]
(中間層形成工程)
ジムロートコンデンサ、熱電対温度計、およびメカニカルスターラを備えた100mLガラス製4つ口フラスコに、ペンタフルオロスチレン(1.0g)、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(2.4g)、ジメチルアセトアミド(以下、「DMAc」という。)(31.1g)を仕込んだ。撹拌しながらフラスコをオイルバス上で加温し、液温が60℃となった時点で炭酸ナトリウム(3.8g)を素早く添加した。撹拌を継続しながら60℃で24時間加熱した。次いで、ペルフルオロ−1,3,5−トリフェニルベンゼン(5.0g)をDMAc(45.0g)に溶かした溶液を添加し、さらに60℃で24時間加熱した。その後、反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した0.5N塩酸水約200mLに徐々に滴下し、再沈殿を行った。沈殿物をろ過後、該沈殿物を純水で2回洗浄した。その後、60℃で12時間真空乾燥を行って白色粉末状のプレポリマー(a−1)(6.9g)を得た。
得られたプレポリマー(a−1)は、架橋性官能基(x)であるビニル基を有し、分子量は5,300であった。
(中間層形成工程)
ジムロートコンデンサ、熱電対温度計、およびメカニカルスターラを備えた100mLガラス製4つ口フラスコに、ペンタフルオロスチレン(1.0g)、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(2.4g)、ジメチルアセトアミド(以下、「DMAc」という。)(31.1g)を仕込んだ。撹拌しながらフラスコをオイルバス上で加温し、液温が60℃となった時点で炭酸ナトリウム(3.8g)を素早く添加した。撹拌を継続しながら60℃で24時間加熱した。次いで、ペルフルオロ−1,3,5−トリフェニルベンゼン(5.0g)をDMAc(45.0g)に溶かした溶液を添加し、さらに60℃で24時間加熱した。その後、反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した0.5N塩酸水約200mLに徐々に滴下し、再沈殿を行った。沈殿物をろ過後、該沈殿物を純水で2回洗浄した。その後、60℃で12時間真空乾燥を行って白色粉末状のプレポリマー(a−1)(6.9g)を得た。
得られたプレポリマー(a−1)は、架橋性官能基(x)であるビニル基を有し、分子量は5,300であった。
得られたプレポリマー(a−1)を、プレポリマー(a−1)濃度が30質量%となるようにシクロヘキサノンに溶解してコーティング液とした。該コーティング液を孔径0.5μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製フィルター(ミリポア社製オムニポアーメンブランフィルター)でろ過した。得られたコーティング液を銀メッキした銅板上にスピンコート法により塗布膜を作成した。スピン条件は1000rpm、30秒であった。次いで、塗布膜を形成した銀メッキ銅板をホットプレートにより100℃で90秒間加熱し、さらに200℃で90秒間の加熱処理を行った後、窒素ガス雰囲気下にて200℃で2時間加熱して硬化させ、厚さ3μmの中間層を形成した。
得られた中間層の硬化物は、少なくとも350℃以下ではTgが観測されなかったため、高密度の架橋体が形成されていると考えられる。また、熱膨張係数は70ppm/℃であった。
(被覆層形成工程)
次いで、該中間層上に、前記重合性化合物(b1−1)を塗布し、100℃で加熱して皮膜状に展開させた後、室温まで冷却してから低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して厚さ300μmの被覆層を形成して保護膜とした。
この保護膜を有する銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に3週間保持したところ、被覆層の剥離、および銀メッキや被覆層の変色はほとんど見られなかった。
得られた中間層の硬化物は、少なくとも350℃以下ではTgが観測されなかったため、高密度の架橋体が形成されていると考えられる。また、熱膨張係数は70ppm/℃であった。
(被覆層形成工程)
次いで、該中間層上に、前記重合性化合物(b1−1)を塗布し、100℃で加熱して皮膜状に展開させた後、室温まで冷却してから低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して厚さ300μmの被覆層を形成して保護膜とした。
この保護膜を有する銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に3週間保持したところ、被覆層の剥離、および銀メッキや被覆層の変色はほとんど見られなかった。
[比較例1]
液状の前記重合性化合物(b1−1)を銀メッキした銅板上に塗布し、100℃で加熱して皮膜状に展開させた後、室温まで冷却してから波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して厚さ300μmの硬化皮膜を形成した。
この硬化皮膜を形成した銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に1週間保持したところ、硬化皮膜の周縁部において皮膜直下の銀メッキがわずかに変色した。また、このメッキ銅板を室温まで冷却したところ、硬化皮膜の周縁部で剥離が起きていることが目視で観察された。
液状の前記重合性化合物(b1−1)を銀メッキした銅板上に塗布し、100℃で加熱して皮膜状に展開させた後、室温まで冷却してから波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して厚さ300μmの硬化皮膜を形成した。
この硬化皮膜を形成した銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に1週間保持したところ、硬化皮膜の周縁部において皮膜直下の銀メッキがわずかに変色した。また、このメッキ銅板を室温まで冷却したところ、硬化皮膜の周縁部で剥離が起きていることが目視で観察された。
[比較例2]
メチルシリケートMS51(多摩化学工業製)(10部)、メチルトリエトキシシラン(6部)、アミノプロピルメチルトリメトキシシラン(4部)をエタノール(80部)に溶解した後、1質量%の酢酸水溶液(10部)を添加し、室温で1時間放置することによりプライマー液を調製した。銀メッキした銅板を該プライマー液中に浸して引き上げた後、自然乾燥した。さらに100℃オーブン中で30分乾燥させて皮膜(厚さ約1μm)を形成した。皮膜にクラックは生じなかった。
次いで、液状の前記重合性化合物(b1−1)を塗布し、100℃で加熱して皮膜状に展開させた後、室温まで冷却してから波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して厚さ300μmの硬化皮膜を形成した。
この硬化皮膜を形成した銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に1週間保持したところ、銀メッキの変色や硬化皮膜の変色はほとんど見られなかった。しかし、オーブン中に保持して3週間経過したところ、非晶質含フッ素重合体の硬化皮膜の周縁部において、皮膜直下の銀メッキがわずかに変色した。また、該銀メッキ銅板を室温まで冷却したところ、硬化皮膜の周縁部で剥離が起きていることが目視で観察された。
メチルシリケートMS51(多摩化学工業製)(10部)、メチルトリエトキシシラン(6部)、アミノプロピルメチルトリメトキシシラン(4部)をエタノール(80部)に溶解した後、1質量%の酢酸水溶液(10部)を添加し、室温で1時間放置することによりプライマー液を調製した。銀メッキした銅板を該プライマー液中に浸して引き上げた後、自然乾燥した。さらに100℃オーブン中で30分乾燥させて皮膜(厚さ約1μm)を形成した。皮膜にクラックは生じなかった。
次いで、液状の前記重合性化合物(b1−1)を塗布し、100℃で加熱して皮膜状に展開させた後、室温まで冷却してから波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して厚さ300μmの硬化皮膜を形成した。
この硬化皮膜を形成した銀メッキ銅板を200℃のオーブン中に1週間保持したところ、銀メッキの変色や硬化皮膜の変色はほとんど見られなかった。しかし、オーブン中に保持して3週間経過したところ、非晶質含フッ素重合体の硬化皮膜の周縁部において、皮膜直下の銀メッキがわずかに変色した。また、該銀メッキ銅板を室温まで冷却したところ、硬化皮膜の周縁部で剥離が起きていることが目視で観察された。
以上のように、本発明の中間層と被覆層を有する実施例1および2の保護膜は、オーブンでの保持の3週間経過後の状態が、中間層を有さない比較例1の1週間後の状態と比べてさえ、モジュール部材と保護膜の接着性が維持され、保護膜20で被覆した銀メッキ部分の保護効果が高かった。
また、実施例1および2の保護膜は、オーブンでの保持の3週間経過後の状態において、シランカップリング剤を用いた比較例2と比べ、モジュール部材10と保護膜20の接着性が充分に維持され、保護膜20で被覆した銀メッキ部分の保護効果が高かった。
これらの結果から、本発明における保護膜は、モジュール部材との初期接着性に優れるばかりでなく、耐熱性も高いため、高温での連続使用においても保護膜の剥離が生じず保護性能も安定であることがわかった。
また、実施例1および2の保護膜は、オーブンでの保持の3週間経過後の状態において、シランカップリング剤を用いた比較例2と比べ、モジュール部材10と保護膜20の接着性が充分に維持され、保護膜20で被覆した銀メッキ部分の保護効果が高かった。
これらの結果から、本発明における保護膜は、モジュール部材との初期接着性に優れるばかりでなく、耐熱性も高いため、高温での連続使用においても保護膜の剥離が生じず保護性能も安定であることがわかった。
[実施例3]
次に、発光素子であるLED素子上に保護膜を形成して封止して発光素子モジュールを作成し、連続通電して評価を行なった。
(中間層形成工程)
モジュール部材として、図1に例示したような、アルミナ製の基板(基板11)とアルミナ製のリフレクタ(リフレクタ15)とにより凹部(凹部16)が形成され、基板上に回路を形成するAg電極(電極12a、12b)を有し、発光波長460nmのLED素子(発光素子13)が実装され、Ag電極とLED素子がボンディングワイヤ14により接続、導通された表面実装型LEDモジュール(モジュール部材10)を用いた。
前記凹部16に、実施例1で用いたコーティング液(PES濃度10質量%に希釈)を滴下して、窒素ガス雰囲気中にて100℃で30分間加熱し、さらに150℃で1時間加熱することによりLED素子(発光素子13)およびAg電極(電極12a、12b)の表面に厚さ4μmの中間層21を形成した。
次に、発光素子であるLED素子上に保護膜を形成して封止して発光素子モジュールを作成し、連続通電して評価を行なった。
(中間層形成工程)
モジュール部材として、図1に例示したような、アルミナ製の基板(基板11)とアルミナ製のリフレクタ(リフレクタ15)とにより凹部(凹部16)が形成され、基板上に回路を形成するAg電極(電極12a、12b)を有し、発光波長460nmのLED素子(発光素子13)が実装され、Ag電極とLED素子がボンディングワイヤ14により接続、導通された表面実装型LEDモジュール(モジュール部材10)を用いた。
前記凹部16に、実施例1で用いたコーティング液(PES濃度10質量%に希釈)を滴下して、窒素ガス雰囲気中にて100℃で30分間加熱し、さらに150℃で1時間加熱することによりLED素子(発光素子13)およびAg電極(電極12a、12b)の表面に厚さ4μmの中間層21を形成した。
(被覆層形成工程)
次いで、前記重合性化合物(b1−1)を100℃に加熱して凹部16に流し込み、低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して、厚さ1mmの被覆層22を形成して保護膜20を作製し、LEDモジュール1A(発光素子モジュール1)を得た。
得られたLEDモジュール1Aに、3.4V、350mAで連続通電した。この間に、被覆層22の硬化した重合性化合物(b1−1)の樹脂表面温度を放射式温度計にて測定したところ80℃であった。この結果から、LED素子近傍の温度は100℃を超えていると考えられる。1ヵ月後、保護膜20およびAg電極を目視で観察したところ、なんら変化は見られなかった。その後、3ヶ月連続通電したが、保護膜20やAg電極の変色や、保護膜20の剥離等の変化は見られなかった。
次いで、前記重合性化合物(b1−1)を100℃に加熱して凹部16に流し込み、低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させた後、さらに150℃で30分間加熱して、厚さ1mmの被覆層22を形成して保護膜20を作製し、LEDモジュール1A(発光素子モジュール1)を得た。
得られたLEDモジュール1Aに、3.4V、350mAで連続通電した。この間に、被覆層22の硬化した重合性化合物(b1−1)の樹脂表面温度を放射式温度計にて測定したところ80℃であった。この結果から、LED素子近傍の温度は100℃を超えていると考えられる。1ヵ月後、保護膜20およびAg電極を目視で観察したところ、なんら変化は見られなかった。その後、3ヶ月連続通電したが、保護膜20やAg電極の変色や、保護膜20の剥離等の変化は見られなかった。
[実施例4]
(中間層形成工程)
実施例3と同じ表面実装型LEDモジュール(モジュール部材10、発光波長460nmのLED素子(発光素子13)を実装)を用い、凹部16に、合成例1で得られたプレポリマー(a−1)をその濃度が10質量%となるようにシクロヘキサノンに溶解したコーティング液を滴下して、窒素ガス雰囲気中にて100℃で30分加熱し、さらに200℃まで昇温した後に2時間加熱することによりLED素子(発光素子13)およびAg電極(電極12a、12b)の表面に厚さ4μmの中間層21を形成した。
(中間層形成工程)
実施例3と同じ表面実装型LEDモジュール(モジュール部材10、発光波長460nmのLED素子(発光素子13)を実装)を用い、凹部16に、合成例1で得られたプレポリマー(a−1)をその濃度が10質量%となるようにシクロヘキサノンに溶解したコーティング液を滴下して、窒素ガス雰囲気中にて100℃で30分加熱し、さらに200℃まで昇温した後に2時間加熱することによりLED素子(発光素子13)およびAg電極(電極12a、12b)の表面に厚さ4μmの中間層21を形成した。
(被覆層形成工程)
次いで、前記重合性化合物(b1−1)を100℃に加熱して凹部16に流し込み、低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させ、厚さ1mmの被覆層22を形成して保護膜20を作製し、LEDモジュール1B(発光素子モジュール1)を得た。
得られたLEDモジュール1Bに、3.4V、350mAで連続通電した。この間に、被覆層22の硬化した重合性化合物(b−1)の樹脂表面温度を放射式温度計にて測定したところ80℃であった。この結果から、LED素子近傍の温度は100℃を超えていると考えられる。1ヵ月後、保護膜20およびAg電極を目視で観察したところ、なんら変化は見られなかった。その後、3ヶ月連続通電したが、保護膜20やAg電極の変色や、保護膜20の剥離等の変化は見られなかった。
次いで、前記重合性化合物(b1−1)を100℃に加熱して凹部16に流し込み、低圧水銀ランプにより波長254nmの紫外線を6mW/cm2で30分間照射して硬化させ、厚さ1mmの被覆層22を形成して保護膜20を作製し、LEDモジュール1B(発光素子モジュール1)を得た。
得られたLEDモジュール1Bに、3.4V、350mAで連続通電した。この間に、被覆層22の硬化した重合性化合物(b−1)の樹脂表面温度を放射式温度計にて測定したところ80℃であった。この結果から、LED素子近傍の温度は100℃を超えていると考えられる。1ヵ月後、保護膜20およびAg電極を目視で観察したところ、なんら変化は見られなかった。その後、3ヶ月連続通電したが、保護膜20やAg電極の変色や、保護膜20の剥離等の変化は見られなかった。
本発明の発光素子モジュールは、省エネルギー高効率照明光源として使用される白色LED、その他の各種の発光素子に対し使用される。
なお、2008年12月24日に出願された日本特許出願2008−327533号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
なお、2008年12月24日に出願された日本特許出願2008−327533号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
1 発光素子モジュール、 11 基板、 12a、12b 電極、 13 発光素子、 14 ボンディングワイヤ、 15 リフレクタ、 20 保護膜、 21 中間層、 22 被覆層。
Claims (11)
- 発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールであって、
前記保護膜が前記発光素子に接する中間層と、該中間層上に形成される被覆層とを有し、前記中間層が主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を含み、前記被覆層が芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を硬化させた非晶質含フッ素樹脂(B)を含むことを特徴とする発光素子モジュール。 - 前記非晶質芳香族樹脂(A)が芳香族系含フッ素樹脂である、請求項1に記載の発光素子モジュール。
- 前記非晶質芳香族樹脂(A)がポリエーテルスルホン樹脂である、請求項1に記載の発光素子モジュール。
- 前記非晶質芳香族樹脂(A)のガラス転移温度が150℃以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の発光素子モジュール。
- 前記非晶質芳香族樹脂(A)の熱膨張係数が20〜100ppm/℃である、請求項1〜4のいずれかに記載の発光素子モジュール。
- 前記非晶質含フッ素樹脂(B)のガラス転移温度が−50〜100℃である、請求項1〜5のいずれかに記載の発光素子モジュール。
- 前記非晶質含フッ素樹脂(B)の熱膨張係数が100〜200ppm/℃である、請求項1〜6のいずれかに記載の発光素子モジュール。
- 前記中間層中の前記非晶質芳香族樹脂(A)の含有量は70質量%超である、請求項1〜7のいずれかに記載の発光素子モジュール。
- 発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールの製造方法であって、
架橋性官能基(x)を有するプレポリマー(a)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布した後、前記プレポリマー(a)を硬化させ、主鎖に芳香環を有する芳香族系含フッ素樹脂(A1)を含む中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する被覆層形成工程と、
を有する発光素子モジュールの製造方法。 - 発光素子および該発光素子に通電するための電気配線を備え、前記発光素子および前記電気配線が保護膜で被覆された発光素子モジュールの製造方法であって、
主鎖に芳香環を有する非晶質芳香族樹脂(A)を溶剤に溶解したコーティング液を前記発光素子および前記電気配線に塗布して中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に、芳香環を有さない硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を塗布した後、該硬化性非晶質含フッ素重合体(b)を熱または光により硬化させて非晶質含フッ素樹脂(B)を含む被覆層を形成する被覆層形成工程と、
を有する発光素子モジュールの製造方法。 - 前記硬化性非晶質含フッ素重合体(b)が、重合性二重結合を有する重合性化合物(b1)を含む、請求項9または10に記載の発光素子モジュールの製造方法。
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